Menu Zavrieť

5.9. Mobilita v počítačových sieťach

Mobilita v počítačových sieťach predstavuje schopnosť zariadenia meniť svoju polohu a prístupové body a popri tom byť schopné pripojenia do počítačovej siete.

Slabšia forma mobility predpokladá, že zariadenie pred prechodom k inému bodu pripojenia ukončí všetky spojenia a cez nový prístupový bod si vytvorí nové. Toto riešenie je v súčasnosti úplne bežné, keď jeden notebook si vieme pripojiť v škole, v práci, v kaviarni aj doma. Hlavnou podporou tohto riešenia sú lokálne DHCP servery, ktoré nám priradia lokálnu IP adresu.

Vysoká mobilita predpokladá, že meníme prístupové body bez prerušenia spojení. To znamená, že môžeme počas zmeny bodu pripojenia telefonovať, kopírovať súbory, či počúvať internetové rádio. Práve touto vysokou mobilitou sa budeme zaoberať až do konca tejto kapitoly.

5.9.1  Mobilita v rámci tej istej siete

Táto situácia môže nastať, ak máme v jednej sieti viac prístupových bodov (access pointov) a naša stanica sa presunie od jedného k druhému a rozhodne sa pre zmenu prístupového bodu. V rámci jednej siete tieto dva prístupové body spája buď switch alebo hub. V prípade hubu sa situácia vôbec nezmení, lebo sa nezmení ani kolízna doména.

Switch je riadený prepínacou tabuľkou, ktorá mala do zmeny prístupového bodu zaznamenané, že dané zariadenie je napojené cez zásuvku vedúcu k prvému prístupovému bodu. Keď zariadenie opustí prvý prístupový bod, všetka komunikácia pre toto zariadenie putuje ešte stále do prvého prístupového bodu, ale len do doby, pokiaľ dané zariadenie nevyšle prvý rámec. Nakoľko switch je samoučiaci, sám si aktualizuje prepínaciu tabuľku podľa tohto rámca a všetka komunikácia pre dané zariadenie už smeruje správne k druhému prístupovému bodu.

Pokiaľ mali stratené rámce v sebe TCP segmenty, algoritmus TCP protokolu zabezpečí ich opätovné zaslanie, takže napríklad kopírovanie súboru počas zmeny prístupového bodu nie je žiaden problém. Pri počúvaní internetového rádia vysielajúceho cez UDP protokol zaznamenáme pravdepodobne chvíľkový výpadok v podobe krátkej odmlky.

5.9.2  Mobilita medzi sieťami

Predstavte si, že sa pohybujete po ulici plnej kaviarničiek a váš počítač sa počas tejto prechádzky postupne napája na ich WiFi a vy chcete počas toho sťahovať súbory, či telefonovať cez VoIP. Keďže každá kaviarnička je pravdepodobne v inej sieti, každá z nich Vám poskytne cez svoj DHCP server inú IP adresu. So zmenou IP adresy sa však stratia všetky vaše otvorené TCP spojenia. Je preto potrebné, aby bolo možné nejako zmeniť sieť v ktorej sa nachádzame a zároveň si zachovať IP adresu. Možno by to šlo aj tak, že by sme nejako presvedčili routre, aby si zmenili smerovacie tabuľky (podobne ako si switch zmenil prepínaciu tabuľku pri presune v rámci siete), aby naša IP adresa mohla putovať spolu s nami, no pri veľkom počte mobilných staníc by to bola veľká záťaž a hlavne zásah do bezpečnosti routrov.

Pri mobilite medzi sieťami už pracujeme na sieťovej vrstve! Vrátime sa opäť k IP datagramom, IP adresám a routrom.

Mobile IP

Mobile IP je popísané v RFC 3344. Idea celého riešenia je založená na tom, že máme okrem mobilnej stanice, cestujúcej medzi sieťami, jednu statickú stanicu s nemennou IP adresou. Túto statickú stanicu nazývame domáci agent. Mobilná stanica má nastavenú tú istú IP adresu ako domáci agent a nevie o tom, že sa presúva medzi sieťami. Tým pádom všetky spojenia sa z jej pohľadu nemusia prerušovať.

V miestnej sieti, do ktorej sa táto stanica dostala, je ale iný rozsah IP adries. Takže tejto stanici je venovaná nejaká IP adresa miestnej siete (aj keď o tom stanica nevie). O tejto miestnej IP adrese je pri zmene siete informovaný domáci agent takzvaným miestnym agentom, ktorým je obvykle buď router v miestnej sieti, no častejšie program v samotnej mobilnej stanici, ktorý sa pre operačný systém stanice javí ako virtuálna sieťová karta so statickou IP adresou. Odchádzajúce správy sú odosielané z mobilnej stanice priamo cieľovej stanici komunikácie. Všetka prichádzajúca komunikácia pre mobilnú stanicu však putuje cez tohto domáceho agenta, ako zobrazuje nasledujúci obrázok. Hovoríme o nepriamom smerovaní.

Na tomto obrázku má domáci agent pevnú IP adresu 128.119.40.186 (na obrázku vľavo hore). Rovnakú sieťovú IP adresu má aj mobilná stanica (na obrázku vpravo hore). Miestny agent pre našu mobilnú stanicu má (alebo dostane) miestnu IP adresu 79.129.13.2. Naša mobilná stanica komunikuje s nejakým cieľovým zariadením (na obrázku dole), ktorého IP adresa nie je podstatná – takých cieľových staníc môže byť súčasne viac pre každé spojenie, ktoré má mobilná sanica otvorené (posielanie súboru, telefonovanie, …). Keďže má naša mobilná stanica IP adresu 128.119.40.186 (rovnakú ako domáci agent), odosiela datagramy so zdrojovou adresou 128.119.40.186, aj keď je reálne v inej sieti. Tento datagram z cudzej siete odíde bez problémov, keďže pri smerovaní sa routre rozhodujú iba na základe cieľovej adresy.

Cieľový počítač, netušiac, že komunikuje s mobilnou stanicou, posiela datagramy pre 128.119.40.186, teda do siete domáceho agenta. Domáci agent, pozná aktuálnu miestnu IP adresu miestneho agenta 79.129.13.2. Obalí dôjdený datagram ďalším datagramom s cieľovou IP adresou 79.129.13.2. Keď tento obalený datagram dôjde k miestnemu agentovi, miestny agent zahodí obálku a pôvodný datagram pošle mobilnej stanici.

5.9.3.  Mobilita v mobilných telefónnych sieťach

Už vieme, že telefónne siete sú riadené okruhmi. Samotná infraštruktúra telefónnych spoločností je však o niečo zložitejšia. Prvým dôvodom je systém platieb. Každý operátor prevádzkuje takzvaný register domácej siete, kde musí evidovať históriu hovorov, dátových prenosov, platieb a samozrejme správu práve prebiehajúcich hovorov a prenosov. Situáciu ešte viac komplikujú roamingové služby, ktoré vyžadujú kooperáciu registrov domácej a navštívenej siete.

Mobilní telefónni operátori prevádzkujú množstvo základných staníc (BTS = base transceiver station), ktoré sú analógiou prístupových bodov z WLAN (WiFi). Na základné stanice sa pripájajú jednotlivé mobilné zariadenia (telefóny, notebooky, …). Základná stanica spolu so zariadeniami na ňu napojenými tvoria bunku. Základné stanice sú napojené na najbližšiu mobilnú prepínaciu centrálu (MSC = mobile switching center) drôtovým spojom. Viaceré MSC rovnakého mobilného operátora úzko spolupracujú a sú zodpovedné za pripájanie a odpájanie zariadení a riadenie mobility zariadení. Pri pohybe zariadenia si základné stanice predávajú mobilné zariadenie, vždy keď je to vhodné (stačí silnejšia intenzita vysielania, rozloženie záťaže medzi základnými stanicami a pod.). Samotný algoritmus predania zariadenia novej základnej stanici iniciuje stará základná stanica (ZS):

  1. stará ZS informuje MSC o blížiacom prepínaní so zoznamom vhodných nových ZS
  2. MSC si vyberie najvhodnejšiu ZS a pripraví nový okruh
  3. nová ZS alokuje kanál pre nové zariadenie
  4. nová ZS oznámi MSC a starej ZS, že je pripravená na prijatie zariadenia
  5. stará ZS oznámi mobilnému zariadeniu: prepni sa na novú ZS
  6. aktivuje sa nové pripojenie na novú ZS
  7. mobilné zariadenie oznámi MSC cez novú ZS, že sa úspešne preplo
  8. MSC presmeruje prebiehajúci hovor cez novú ZS
  9. stará ZS uvoľní zdroje

Prepínanie v rámci siete toho istého operátora má charakter prepínania v rámci tej istej počítačovej siete. Princíp podobný Mobile IP je pri roamingových spojeniach. Vtedy hrá rolu domáceho agenta niektoré domovské MSC, ktoré je v spolupráci s registrami domácej a navštívenej siete napojené počas hovoru na MSC operátora navštívenej siete, ktoré zas komunikuje so základnou stanicou, na ktorú je napojené mobilné zariadenie. Celý hovor potom prebieha nepriamo cez domovské MSC a MSC navštívenej siete roamingového partnera. Keď sa mobilné zariadenie ešte aj pohybuje a mení pri tom základné stanice tak, že nové stanice sú už pod správou iného MSC, komunikačný kanál je predĺžený aj o každé nové MSC až do ukončenia hovoru. Vzniká tak akási reťaz tvorená z viacerých MSC, ktorá začína domovským MSC a MSC roamingového operátora, kde sa hovor začal.